建筑結構試驗演示教學

論建筑結構試驗土木工程系主講教師：劉衛(wèi)云

丁以兵

聯系方式：dybing717@163.com論第一章

緒

論本章重點：1．了解建筑結構試驗的目的、任務和分類；了解本課程與力學、材料和結構等學科的聯系，以及如何利用已有專業(yè)知識在本課程中綜合應用；深入理解結構試驗與結構理論的關系以及在發(fā)展建筑結構學科中的地位和作用。理解工程結構試驗的一般過程結構組成演示1.工程結構理論與試驗的關系建筑結構是由工程材料構成的不同類型的承重構件(如梁、柱、扳等)相互連接的各種組合體。在一定的經濟條件制約下，要求工程結構在規(guī)定的使用期限內和規(guī)定的使用條件下安全有效地承受外部及內部形成的各種作用，以滿足功能及使用上的要求。為了達到這個目的，要求設計者必須綜合考慮工程結構在整個設計使用年限內如何適應各種可能的風險，對工程結構進行合理的設計，工程技術人員必須掌握工程結構在上述各種作用下的實際應力和變形狀態(tài)，了解工程結構各構件實際所具有的強度和安全儲備以及剛度和抗裂性能等。為此，工程結構試驗是研究和發(fā)展工程結構新材料、新體系、新工藝以及探索工程結構計算分析、設計理論的重要手段，在工程結構科學研究和技術創(chuàng)新等方面起著重要作用。2.工論程結構試驗任務在結構物或試驗對象上,以儀器設備為工具,利用各種實驗技術手段,在荷載或其他因素作用下,通過測試與結構工作性能有關的各種參數后進行分析,從而對結構的工作性能作出評價,對結構的承載能力作出正確的估計,并為驗證和發(fā)展結構的計算理論提供可靠的依據。例: 鋼筋混凝土簡支梁在靜力集中荷載作用下,可以通過測得梁在不同受力階段的撓度、角變位、截面應變和裂縫寬度等參數,來分析梁的整個受力過程以及結構的強度、撓度和抗裂性能。建筑結構試驗是以試驗方式測定有關數據,由此反映結構或構件的工作性能、承載能力和相應的安全度,為結構的安全使用和設計理論的建立提供重要根據的學科。奧運會體育場館模型試驗奧運會體育場館卸載介紹3.工論程結構試驗作用(1)、結構試驗是發(fā)展結構設計理論的重要途徑(2)、結構試驗是從事科研工作的必要手段

(3)、結構試驗與檢測以成為一獨立的建筑行業(yè)

(4)、結構試驗是理解專業(yè)知識的入門鑰匙

(5)、學好結構試驗與檢測對從事建筑設計、

施工等都十分有利工程實例圖片4.工論程結構試驗學習目的通過本課程的學習，使大家掌握解決一般建筑結構設計及施工中所遇到的結構檢測問題的基本知識和基本技能，并在科研方面得到初步的訓練，主要學習以下三方面內容:規(guī)劃、組織和進行結構檢測的一般原則、方法和技術；結構檢測中常用的量測儀器和加載設備的原理、性能和使用方法；收集、整理、計算和評定檢測資料的原理和方法。5.工論程結構試驗分類通過本課程的學習，使大家掌握解決一般建筑結構設計及施工中所遇到的結構檢測問題的基本知識和基本技能，并在科研方面得到初步的訓練，主要學習以下三方面內容：(1).生產檢驗性試驗和科學研究性試驗（按試驗目的分）A.生產檢驗性試驗特點：具有直接的生產目的，以實際建筑物或結構構件為試驗對象；通過某幾個構件的試驗結果來推測全體質量；目的：a.通過試驗進行結構的設計和施工質量鑒定。部分混凝土構件存在漏振、蜂窩、空洞及裂縫等缺陷論b.工程改建或者加固,通過試驗判斷具體結構的承載能力。結構裂縫修補結構耐久性破壞論碳纖維布加固橋梁不同的碳纖維論砌體結構加固實例論結構粘鋼加固實例論c.處理工程事故,通過試驗提供技術依據。火災后結構檢測論d.服役結構的可靠性鑒定,通過試驗判斷和評估結構的剩余壽命。e.預制構件的性能檢驗。預制構件檢測工業(yè)廠房結構檢測論B.科學研究性試驗特點：通過試驗，找到結構受力和它的各種變形之間的關系，為理論計算提供依據。目的：a.驗證結構計算理論的假定（大跨度混凝土屋架）b.為制定設計規(guī)范提供依據（規(guī)范的多次修訂）c.為發(fā)展和推廣新結構、新材料與新工藝提供實踐經驗空心砌塊剪力墻（西安建筑）三峽試驗壩（南京水科院）論(2).靜力試驗和動力試驗（按荷載性質分）A.靜力試驗靜力試驗是結構試驗中最大量、最常見的基本試驗。一般可以通過重力或各種類型的加載設備來實現和滿足加載要求。分類：a.結構靜力單調加載試驗b.結構低周反復靜力加載試驗結構靜力單調加載試驗：試驗加載過程是從零開始逐步遞增一直到結構破壞為止，也就是在一個不長的時間段內完成試驗加載的全過程。低周反復靜力加載試驗：為了探索結構抗震性能，采用結構抗震靜力試驗的方式來模擬地震作用的動力試驗，它是一種控制荷載或控制變形的周期性的反復靜力荷載。它是由一個方向加過去，然后再加回來，使建筑物左右擺動，通過這個來研究結構或者構件的抵抗震動的強度，因為它的加載比較慢，靜力試驗的優(yōu)點：加載設備相對來講比較簡單，荷載可以逐步施加，還可以停下來仔細觀察結構變形的發(fā)展，給人們以最明確、最清晰的破壞概念。不能反映應變速率對結構的影響，抗震靜力加載試驗的周期大于實際結構的基本周期。論橋梁靜載試驗（安工大）梁柱節(jié)點低周反復試驗裝置（混凝土結構試驗技術標準）論B. 動力試驗對于在實際工作中主要承受動力作用的結構或構件，為了研究結構在施加動力荷載作用下的工作性能，一般要進行動力試驗。動力試驗分為兩類:一類是研究結構物在震動作用下的反應；另一類是研究在震動情況下結構的強度，例如:研究廠房承受吊車及動力設備作用下的動力特性；吊車梁，橋梁結構的疲勞強度與疲勞壽命問題；多層廠房由于機器設備上樓后產生的振動影響；高層建筑和高聳構筑物在風荷載作用下的動力問題；結構抗爆炸、抗沖擊問題等等。動力試驗的特點:由于荷載特性不同，動力試驗的加載設備和測試手段與靜力試驗有很大的差別，而且要比靜力試驗復雜得多。MTS系統(tǒng)橋梁振動臺試驗木結構房屋振動臺試驗演示論(3). 真型試驗、模型試驗以及小構件試驗（按試驗對象分）A.真型試驗試驗對象:a.實際結構b.按實物結構足尺復制的結構或構件。a.實際結構試驗一般均用于生產性試驗。如對工業(yè)廠房結構的剛度試驗、樓蓋承載能力試驗等均在實際結構上加載量測，高層建筑上直接進行風振測試和通過環(huán)境隨機振動測定結構動力特性。b.足尺結構或構件試驗試驗對象是一根梁、一塊扳或一榀屋架之類的實物構件它可以在試驗室內試驗，也可以在現場進行。實際構件現場檢驗論B.模型試驗按照真實結構或構件，按比例相似、尺寸相似、材料相似、荷載也相似等條件所做的小構件。這種試驗在結構試驗中用的最多的，尤其是科學研究性試驗多半都是采用這種試驗來做的。可分為兩類:彈性模型和強度模型抗震試驗模型論(4). 短期荷載試驗和長期荷載試驗（按試驗周期分）A.短期荷載試驗荷載從零開始施加到最后結構破壞或到某階段進行卸荷的時間總和只有幾十分鐘、幾小時或者幾天。B.長期荷載試驗對于研究結構在長期荷載作用下的性能就必須要進行靜力荷載的長期試驗，它將連續(xù)進行幾個月或幾年時間。如:混凝土的徐變、預應力結構中的鋼筋的松弛等試驗。長期試驗裝置論(5).試驗室試驗和現場試驗（按試驗場合分）A.試驗室試驗適宜于研究性試驗。B.現場試驗多用于解決生產性的問題。6.工論程結構試驗一般步驟試驗設計階段(Plan)反復研究試驗目的，充分了解體會試驗的具體任務，進行調查研究，搜集有關資料；確定試驗的性質與規(guī)模。對于研究性試驗，應提出本試驗擬研究的主要參量以及這些參量在數值上的變動范圍，并根據試驗室的設備能力確定試件的外型和尺寸，確定加載方法和設計支撐系統(tǒng)，選定量測項目及量測要求，進行設備儀表的率定，做好材料性能或其他輔助試件的試驗，制定試驗安全防護措施，提出試驗進度計劃和人員分工，編寫材料需用計劃、經費開支及設備儀表附件清單。提出試驗大綱；(2).試驗準備階段(Do)試驗準備階段要占全部試驗工作的大部分時間，工作量也最重。試驗準備工作的好壞直接影響到試驗能否順利進行和能獲得試驗結果的多少。試驗準備階段的主要工作有:A.試件的制作在制作試件時應注意材性試樣的留取、編號，還要作施工日志，注明試件日期、原材料情況，這些原始資料都是最后分析試驗結果不可缺少的參考資料。論B.試件質量檢查包括試件尺寸和缺陷的檢查,應作詳細記錄,納入原始資料。C.試件安裝就位試件的支承條件應力求與計算簡圖一致。一切支承零件均應進行強度驗算,并使其安全儲備大于試驗結構可能有的最大安全儲備。D.安裝加載設備加載設備的安裝應滿足“一穩(wěn)二準三方便,四強五剛六安全“的要求,即就位要穩(wěn)定準確方便,固定設備的支撐系統(tǒng)要有一定的強度、剛度和安全度。E.儀器儀表的率定對測力計及一切量測儀表均應按技術規(guī)定要求進行率定,各儀器儀表的率定記錄應納入試驗原始記錄中,誤差超過規(guī)定標準的儀表不得使用。F.作輔助試驗輔助試驗多半在加載試驗階段之前進行,以取得試件材料的實際強度,便于對加載設備和儀器儀表的量程等作進一步的驗算。G.儀表的安裝、連線試調儀表的安裝位置、測點號,在應變儀或記錄儀上的通道號等等都應嚴格按照試驗大綱中的儀表布置圖實施,如有變動,應立即做好記錄,以免時間長久后記憶不清而將測點混淆。論H.記錄表格的設計準備在試驗前應根據試驗要求設計記錄表格,其內容及規(guī)格應周到詳細地反映試件和試驗條件的詳細情況,以及需要記錄和量測的內容。記錄表格上應有試驗人員的簽名并附有試驗日期、時間、地點和氣候條件。J.算出各加載階段試驗結構各特征部位的內力及變形值以備在試驗時判斷及控制K.在準備工作階段和試驗階段應每天記工作日志。(3).試驗實施階段(Check)A.加載試驗加載試驗是整個試驗過程的中心環(huán)節(jié),應按規(guī)定的加載順序和量測順序進行。重要的量測數據應在試驗過程中隨時整理分析并與事先估算的數值比較,發(fā)現有異常情況時應查明原因或故障,把問題弄清楚后才能繼續(xù)加載。在試驗過程中,結構所反映的外觀變化是分析結構性能的極為寶貴的資料,對節(jié)點的松動與異常變化,鋼筋混凝土結構裂縫的出現和發(fā)展,特別是結構的破壞情況都應作詳盡的記錄及描述。這些容易被初作試驗者忽視,而把主要注意力集中在儀表讀數或記錄曲線上,因此應分配專人負責觀察結構的外觀變化。試件破壞后要拍照和測繪破壞部位及裂縫簡圖,必要時,可從試件上切取部分材料測定力學性能,破壞試件在試驗結果分析整理之前不要過早毀棄,以備進一步核查。論B.試驗資料整理試驗資料整理是將所有的原始資料整理完善,其中特別要注意的是試驗量測數據記錄和記錄曲線,都作為原始數據經負責記錄人員簽名后,不得隨便涂改。經過處理后得到的數據不能和原始數據列在同一表格內。一個嚴格認真的科學試驗,應有一份詳盡的原始數據記錄,連同試驗過程中的觀察記錄,試驗大綱及試驗過程中各階段的工作日志,作為原始資料,在有關的試驗室內存檔。(4).試驗完成階段(Action)試驗數據處理因為從各個儀表獲得的測量數據和記錄曲線一般不能直接解答試驗任務所提出的問題,它們只是試驗的原始數據,需對原始數據進行科學